بخشی از مقاله
چکیده
استفاده از فناوریهای جدید جهت سلامت و امنیت محصولات غذایی در صنایع غذایی بسیار مهم میباشد. سالانه حدود 68 میلیون تن انگور در جهان تولید میشود که ایران با تولید حدود سه میلیون تن یازدهمین تولیدکننده این میوه در جهان به شمار میرود. خاصیت اصلی شیرهانگور، انرژیزا بودن آن است. شیرهانگور بصورت خانگی و صنعتی کاربرد فراوان دارد.
از این رو تولید این محصول بسیار حائز اهمیت میباشد، در این تحقیق از نرمافزار المان محدود انسیسفلوئنت برای انجام مدلسازی فرایند تغلیظ و بررسی پارامترهایی چون دما، فشار، شدت و انرژی توربولانسی استفاده شدهاست. در بازه انجام شبیهسازی غلظت تمامی فازها افزایش یافته، همچنین استفاده از همزن همزمان با بالا رفتن ویسکوزیته سبب انتقال حرارت بهتر می شود.
بدین ترتیب در جریان لزج تراکم ناپذیر از معادله ناویر -استوکس و بقای جرم و مدل تلاطم کا-اپسیلون برای شبیهسازی توربولانس استفاده شدهاست و بر طبق نتایج حاصل و با توجه به بالا بودن سرعت سیال بالادست با حرکت از سمت بالای سیال به سمت پایین مقدار فشار و آنتالپی افزایش یافتند، که تغییرات آنتالپی j/Kg 30000 میباشد. همچنین مشاهده شد که با فاصله گرفتن از پرههای همزن انرژی و شدت توربولانسی افزایش خواهد یافت.
-1 مقدمه
یکی از مهمترین بخشهای صنعت تمام کشورها که با امنیت غذایی در ارتباط است صنایع غذایی میباشد. صنعت غذا بسیار پایدار بوده و بدلیل اینکه برطرف کردن نیاز اساسی و همیشگی انسان یعنی نیاز به غذا و مواد تغذیهای را در حیطه عمل خود دارد دارای پتانسیل رشد پیوسته و بالایی میباشد
انگورحاوی میزان زیادی مواد معدنی، ویتامینها وآنتی اکسیدانهای لازم برای مواد غذایی انسان هستند انگور یک میوه مشهور در سراسر دنیاست
در سالهای اخیر آب انگور به عنوان یک مکمل غذایی برای سرطان، بیماریهای قلبی عروقی تحت درمان و شیمی درمانی توصیه شده است - علی یازیسگلو و همکاران، . - 2009 سالانه حدود 68 میلیون تن انگور در جهان تولید میشود که ایران با تولید حدود سه میلیون تن یازدهمین تولیدکننده این میوه در جهان به شمار میرود
شیره انگور، آب انگور تخمیر نشده تغلیظ شده است که بعنوان یک شیرین کننده استفاده میشود. در واقع یکی از روشهای نگهداری آب انگور تولید شیره انگور است. خاصیت اصلی انواع شیره، انرژیزا بودن آن است و برای فصل زمستان که بدن به انرژی بیشتری برای گرم کردن خود احتیاج دارد، بهترین غذا محسوب میشود. شیرهانگور بسیار مقوی است و برای کسانی که بر اثر یک بیماری طولانی یا عمل جراحی ضعیف شدهاند، بسیار مفید است
روشهای اصلی تولید شیره انگور را میتوان به دو دسته تقسیم کرد. روش اول شیوه سنتی که در این روش در کشور ما مرسوم است و تولید این محصول از این طریق رواج دارد که بهداشتی نمیباشد - احتشامی و همکاران، . - 2005 روش دوم شیوه صنعتی میباشد که از دستگاها و ابزار کاملاً بهداشتی و بروز استفاده شده و علاوه بر کیفیت بالا از زمان کمتری برای تولید این محصول بهره میبرد
-2 کارهای پیشین
تغلیظ یا کنسانتره کردن مایعات غذایی نظیر خشک کردن برای مقاصد مختلفی ممکن است به کار گرفته شود که یکی از آنها میتواند حفاظت و نگهداری ماده غذایی باشد. کاهش حجم و کاستن از هزینه ظروف، مکان و حمل و نقل نیز از جمله دلایل دیگر استفاده از این فرآیند در صنایع غذایی است
در این رابطه سه روش تغلیظ حرارتی، انجماد، اسمز معکوس وجود دارد. که پر کاربرد ترین آنها روش حرارتی میباشد.
-1-2 تغلیظ به روش حرارتی
تغلیظ حرارتی در دستگاهی به نام اواپراتور انجام گرفته و آب بوسیله عمل تبخیر جدا میگردد. برای تغلیظ کردن، انواع متعددی اواپراتور - لولهای، صفحهای، فیلم تراش و سانتریفیوژی - مورد استفاده قرار میگیرد و در طول فرآیند تغلیظ حرارتی آب به شکل بخار از محلول در حال جوش خارج میشود، در حالی که ترکیبات جامد مثل ویتامینها، مواد معدنی و شکر بدون تغییر باقی میمانند. بیبی هید و همکاران در سال 1943 روشهای تغلیظ عصاره مرکبات را در درجه حرارت بالای 100 °F به طور پیوسته بیان داشتند این محققان همچنین روشهایی را به منظور جلوگیری از بیمزگی محصول - در اثر تبخیر اجزا بوجود آورنده طعم - معرفی کردند
-2-2 تغلیظ به روش انجماد
در این روش به دلیل گران بودن فرم انرژی و نیز بالا بودن هزینه تاسیسات، این سیستم در مقایسه با سیستم حرارتی بسته گرانتر میباشد. بدین جهت تغلیظ به روش انجماد فقط در مورد آب پرتقال که در مقابل حرارت حساس میباشد، در سطح محدودی اجرا میگردد
-3-2 تغلیظ به روش اسمز معکوس
اسمز معکوس، عبارتست از عبور دادن آبمیوه - با فشار - از میان سوراخهای بسیار ریز یک غشاء انتخاب کننده. مقدار فشار مورد استفاده باید از مقدار فشار اسموتیک سیستم بیشتر باشد. غشاء، آب و مقدارکمی از ترکیبات دارای مولکولهای کوچک را میتواند از خود عبور دهد. . فواید اسمز معکوس نسبت به اواپراتورهای صنعتی در کاهش مصرف انرژی میباشد
-3 روش پیشنهادی
بدلیل نیاز شدید در کشور برای تولید صنعتی شیرهانگور و عدم توجه کافی به برندسازی آن در کشور با توجه به اقدامات کشورهای رقیب تصمیم به انجام این پروژه برای بهینهسازی و تولید این محصول گرفته شد.
هدف اصلی در این تحقیق حل عددی توزیع فشار و سرعت در میکسر حامل آب انگور میباشد تا با استفاده از شرایط مرزی مختلف مورد مطالعه، مقدار بهینه و رفتار هر یک از بخشها را در شرایط واقعی مشخص کند.
سوالاتی که در این تحقیق به آن پاسخ خواهیم داد: در شرایط مختلف رفتار سیستم چگونه است؟ در شرایط موجود برای چرخش و حرارت دهی سیال چه تغییری در سیستم بوجود میآید؟ در بخشهای مهم این سیستم چه اتفاقاتی رخ میدهد؟
-1-3 معادلات حاکم
در این بخش ابتدا به بررسی معادلات جریان سیال و سپس معادلات در محیط فلوئنت پرداخته شدهاست. معادلات حاکم در ناحیه سیال همان معادلات معمول ناویر-استوکس1 هستند که شامل معادلات پیوستگی، مومنتم و انرژی میباشد.
-2-3 مدل کا-اپسیلون تحقیقپذیر
این مدل با حالت استاندارد خود دو تفاوت مهم دارد: این مدل شامل یک مدل ثانویه برای مدل سازی ویسکوزیته مغشوش ارائه میکند. بهبود معادله انتقال برای پارامتر اپسیلون که از معادلهی اصلی مشتق شدهاست و با معادلهی میانگین مجذور سرعت ناشی شدهاست. ترم تحقیقپذیر بدین معناست که این مدل مولفهی ریاضیاتی پارامتر تنش رینولدز را بهبود میبخشد که شامل بخش فیزیکی اغتشاش جریان میشود. نه مدل استاندارد نه مدل آر ان جی3 چنین خصوصیتی ندارد.
برای درک بخش ریاضی نهان در این معادله، شناخت رابطهی بوسینسک وترکیب آن با معادله ویسکوزیته اددی مورد نیاز است. برای به دست آوردن این رابطه باید تنش نرمال رینولدز را در یک کرنش تراکم ناپذیر جریان به دست آورد:
که در آن vt ut / که از تنش نرمال استفاده میشود. پارامتر u 2 به معنای پارامتر مثبت است. که اگر حالت non
انتخاب شود مقدار منفی محسوب میشود. این معادله بزرگی کرنش را تا به اندازهی کافی بهبود میبخشد.
مشابه معادلات بالا این معادله نیز از نامعادله شوارتز برای تنش برشی حاصل میشود. این معادله زمانی اعمال میشود که نرخ کرنش بالایی در شبیهسازی به وجود آید. بهترین راه برای رهاسازی - مثبت بودن تنش نرمال و نابرابری شوارتز برای تنش برشی - مقدار دهی به C با ارتباط دادن آن با سیال.
مدل کا-اپسیلون تحقیقپذیر ابتدا توسط شیلتال4 بکار برده شد. به این دلیل که نواقص مدل استاندارد کا- اپسیلون برطرف شود. این توانایی با اتخاذ این دو دلیل به دست آمد:
یک فرمول جدید برای اددی- ویسکوزیته که شامل یک پارامتر Cکه اختصاصاً برای رینولدز مورد محاسبه قرار میگیرد. یک معادلهی مدل برای پارامتر اپسیلون بر مبنای معادله دینامیکی میانگین توان در نوسانات سرعت.
